CN104819830B - 碳纳米管发光性能测试夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纳米管发光性能测试夹具，包括台体和设置在台体上用于安装碳纳米管的绝缘定位装置，所述台体采用导电材料，所述台体上设有回转凹面，所述回转凹面设有荧光粉涂层，所述绝缘定位装置的碳纳米管安装轴线与所述回转凹面的中心线在同一轴线上(同轴度不大于)。利用本发明，在真空环境下，碳纳米管作为阴极接电源负极，台体最为阳极接电源正极，通过对比荧光粉亮度和光斑形成量或对比F‑N曲线斜率，可完成不同阴阳极间距、外加电压、荧光粉条件下碳纳米管发光性能的测试实验，得到最佳的发光阴阳极间距。应用本发明进行碳纳米管发光性能测试，操作简单、用时短、花费小，可用于实际研究和生产过程中。

Description

碳纳米管发光性能测试夹具

技术领域

本发明涉及碳纳米管测试领域，具体涉及一种碳纳米管发光性能测试夹具。

背景技术

碳纳米管是一种半径在纳米级别、长度为几微米圆柱形石墨层套构成的空心管，是碳的一种新型同素异形体，可以看作为由多层或单层的呈六边形排列的碳原子(石墨烯)片围绕中心轴从某个角度卷曲而成的无缝管状结构。由于碳纳米管的这种特殊结构，使得碳纳米管具有其它纳米材料所不具备的良好的导电性、弹性、导热性，高强度的抗拉性和特殊的光学性能等。也正是由于碳纳米管的这些特性，使得碳纳米管应用领域十分广泛,具有巨大的商业价值。比如，碳纳米管的光学性质不仅可以应用于光信号存储器、发光器件、发光晶体制造等领域，同时还能成为制造平面显示器和新型光源的理想材料。利用碳纳米管制成的发光器件能量利用率高，节能环保，寿命可到10万小时以上。

碳纳米管的作为光源时，需要对其光学性能进行测试，如果将碳纳米管置于强电场中，强电场在碳纳米管表面形成隧道效应而将碳纳米管内部的电子拉到真空中，电子在外电场的作用下加速运动形成大功率密度电子流，当把碳纳米管置于电场中时，可通过测试电子流电流和电压，判断发光强度。

但是，如果直接将碳纳米管放入电场中，使发射场发射电子轰击到荧光粉上，测直接测试电流，虽然可发出强光，但是测试数据和光斑形成的规律性不明显。

目前，对碳纳米管光学性能的测试只能利用光谱仪对拉曼光谱、紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、光限幅，光偏振性和光学相关性等进行测试。但是，由于目前的测试结构模型复杂、计算困难、过程冗长、花费过高，限制了这些测试方法的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳纳米管发光性能测试夹具，只需利用该夹具对碳纳米管进行简单的测试就能得到其光学性能，并且能应用到实际生产过程中。

为达到上述目的，本发明提供一种碳纳米管发光性能测试夹具，包括台体和设置在台体上用于安装碳纳米管的绝缘定位装置，所述台体采用导电材料，所述台体上设有回转凹面，所述回转凹面设有荧光粉涂层，所述绝缘定位装置的碳纳米管安装轴线与所述回转凹面的中心线在同一轴线上。

进一步，所述绝缘定位装置包括固定在台体上的横梁和设置在横梁上的压板，所述横梁和压板上对应设有用于固定碳纳米管的上凹槽和下凹槽。

进一步，所述横梁上设有与回转凹面半径相同的回转体。

进一步，所述回转凹面的中心线与所述绝缘定位装置的碳纳米管安装轴线同轴度不大于0.05mm。

进一步，所述台体上表面粗糙度小于0.8。

进一步，所述台体材料为紫铜。

进一步，所述回转凹面半径范围为：5～30mm。

本发明的有益效果在于：

本发明的碳纳米管发光性能测试夹具，结构简单，成本低；利用本发明的碳纳米管发光性能测试夹具，可以通过改变回转凹面上荧光粉种类，在不同的荧光粉条件下进行测试；利用本发明碳纳米管发光性能测试夹具进行测试，仅需在不同阴阳极间距、外加电压下测试，对比荧光粉亮度或F-N曲线，就能得到最优的发光阴阳极间距，操作简单、用时短、花费小，可应用于实际生产过程中，同时，简化了测试模型，提高了测试精度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为图1中台体结构示意图；

图3为图1中绝缘定位装置结构示意图；

图4为图1中横梁结构示意图；

图5为图1中压板结构示意图；

图6为利用本发明测试的试验台结构示意图；

图7为利用本发明进行测试的I-N曲线；

图8为利用本发明进行测试的F-N曲线。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明碳纳米管光发光性能测试夹具的第一种实施方式如图1所示，包括台体1和绝缘定位装置2，碳纳米管3通过绝缘定位装置2固定在台体1上，台体1材料为紫铜，绝缘定位装置2为聚四氟乙烯，当然在具体实施过程中绝缘定位装置中的各零件材料并不限定为塑料，也可为其他绝缘材料，台体1也可选用其他导电材料。

本实施例中，绝缘定位装置由螺栓5、螺栓7、压板4和横梁6组成，绝缘定位装置2通过螺栓5将横梁6固定在台体1上，通过螺栓7将压板4固定在横梁6上，压板4和横梁6上分别设有用于固定碳纳米管5的上凹槽和下凹槽，台体上表面设有回转凹面8，所述回转凹面8上设有荧光粉涂层，所述回转凹面8的中心线与碳纳米管3的安装轴线(即上凹槽与下凹槽的中心线)在同一直线上，由于碳纳米管安装轴线到回转凹面上各点距离相等，使得测试模型简化，同时也提高了测试精度。

本实施例中，横梁6采用图4所示的结构，横梁6设有与回转凹面8半径相同的回转体9，通过保证回转凹面8、回转体9、上凹槽、下凹槽的加工精度，可提高回转凹面8中心线与碳纳米管安装轴线的同轴度，从而达到提高测试精度的目的。

本实施例中，碳纳米管3安装轴线与回转凹面8的中心线同轴度为0.05，回转凹面8的粗糙度为0.8，通过加工保证或提高同轴度和粗糙度，可提高测试精度。

本实施例中，回转凹面半径为5～30mm，通过控制碳纳米管到回转凹面的距离，不仅保证了电子流形成，也使得本实施例的碳纳米管测试夹具应用于实际生产过程中时，发光器件体积小，达到了节约空间的目的。

本实施例中，可通过改变回转凹面内的荧光粉涂层的荧光粉种类，在不同的荧光条件下进行测试。

本实施例的碳纳米管发光性能测试夹具，结构简单，成本低，利用本实施例的若干碳纳米管发光性能测试夹具(回转凹面半径不同的一系列夹具)进行测试时，只需对比荧光粉亮度或F-N曲线斜率，就能得到最优发光距离，操作简单、用时短、花费小，简化了测试模型，可应用于实际研究和生产过程中。

利用本实施碳纳米管发光性能测试夹具可采用如下两种方法：

第一种测试方法：

(1)将碳纳米管3依次固定在内圆柱面半径分别为5mm、10mm、20mm、30mm(即阴阳极间距分别为5mm、10mm、20mm、30mm)的碳纳米管发光性能测试夹具上；

(2)将(1)中的若干碳纳米管发光性能测试夹具置于光谱仪内，保证真空度为1×10^-4Pa；

(3)将碳纳米管接电源负极，台体接电源正极，通入直流高压电源，如图6所示，保证电压恒定为7KV(具体实施过程中，也可选择0.5KV、4KV或8KV，只要保证电压为0.5～8KV之间某一恒定值即可)，使得回转凹面和碳纳米管之间形成电子流。

(4)选择最优半径：

1)通过对比(1)中若干回转凹面半径碳纳米管发光性能测试夹具回转凹面上的荧光粉亮度和光斑形成量，确定亮度最高的两个半径即D1和D2；

本实施例中，在7KV下利用光谱仪将(1)中测试的荧光粉亮度进行对比，由于在相同电压下，5mm时发光强度较好，但发光不均匀，15mm时发光强度较好，但发光不均匀，20mm时发光强度和均匀性都有所下降，30mm时仍能发出白光，但发光不均匀，形成较多光斑。可见，荧光粉最亮时的回转凹面半径范围为5mm～15mm。

2)将碳纳米管依次固定在若干回转凹面半径在5mm、7mm、9mm、11mm、15mm的碳纳米管发光性能测试夹具上，重复步骤(2)～(4)，通过对比荧光粉亮度和光斑形成量，缩小最优半径范围，本实施例中，荧光粉最亮时的回转凹面半径范围为9mm～11mm。

3)通过重复步骤1)、2)，缩小最优半径范围，直到获得最优半径，本实施例中，最优半径为10mm。

利用本实施例的碳纳米管发光性能测试夹具，采用这种测试方法进行测试，操作简单，只需对比荧光粉和光斑形成量就能得到最优半径，无需任何计算，用时短、花费小。

第二种测试方法：

(1)将碳纳米管3依次固定在内圆柱面半径分别为5mm、10mm、20mm、30mm(即阴阳极间距分别为5mm、10mm、20mm、30mm)的碳纳米管发光性能测试夹具上；

(2)将(1)中的若干碳纳米管发光性能测试夹具置于真空环境，保证真空度为1×10^-4Pa；

(3)将碳纳米管接电源负极，台体接电源正极，通入直流高压电源，如图6所示，使得回转凹面和碳纳米管之间形成电子流；

(4)选择最优半径：

1)调节直流高压电源电压，分别在0.5KV、1KV、1.5KV、2KV、2.5KV、3KV、3.5KV、4KV、4.5KV、5KV、5.5KV、6KV、6.5KV、7KV、7.5KV、8KV的电压下，测试电子流的电流I和电压V，得到I-V曲线(如图7)；

2)根据I-V曲线计算出F-N曲线，即ln(I/V²)与(1/V)之间的线性关系曲线(如图8)；

3)通过对比(1)中若干碳纳米管发光性能测试夹具上碳纳米管的F-N曲线斜率，选择斜率最大为最优半径。

此时，由F-N曲线(如图8)可以看出阴阳极间距过短如5mm时，斜线不再呈现出直线，阴阳极间距过大如30mm时，直线斜率又过低，即场增强因子小。在阴阳极间距为20mm和10mm下直线近似平行，10mm下直线更加规则，所以，10mm的阴阳极间距是当前真空度下最佳发光间距，即最佳半径距离。

利用本实施例的碳纳米管发光性能测试夹具，采用这种测试方法进行测试，通过对电子流的电流和电压进行测试和换算得到F-N曲线，通过对比F-N斜率，就能得到最优半径，测试过程简单，简化了测试模型，降低了计算量，测试精度高、用时短、花费小。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种碳纳米管发光性能测试夹具，其特征在于：包括台体和设置在台体上用于安装碳纳米管的绝缘定位装置，所述台体采用导电材料，所述台体上设有回转凹面，所述回转凹面设有荧光粉涂层，所述绝缘定位装置的碳纳米管安装轴线与所述回转凹面的中心线在同一轴线上；所述绝缘定位装置包括固定在台体上的横梁和设置在横梁上的压板，所述横梁和压板上对应设有用于固定碳纳米管的上凹槽和下凹槽；所述横梁上设有与回转凹面半径相同的回转体。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管发光性能测试夹具，其特征在于：所述回转凹面的中心线与所述绝缘定位装置的碳纳米管安装轴线同轴度不大于0.05mm。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管发光性能测试夹具，其特征在于：所述台体上表面粗糙度小于0.8。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管发光性能测试夹具，其特征在于：所述台体材料为紫铜。

5.根据权利要求1所述的碳纳米管发光性能测试夹具，其特征在于：所述回转凹面半径范围为：5～30mm。